7.4 重力势能.ppt

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1、2011-5-7、重力势能疑是银河落九天。飞流直下三千尺，为什么水会往低处流？2011-5-74 4 4 4重力势能 蓬松的白雪，给人以恬静、美丽的感觉。然而雪崩爆发时，以排山倒海之势，推毁沿途一切，给人类、自然界带来灾难！2002年月日上午，俄罗斯高加索年月日上午，俄罗斯高加索北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少北奥塞梯地区的一个村庄发生雪崩，造成至少人失踪。人失踪。雪雪崩崩2 美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是美国内华达州亚利桑那陨石坑。这个陨石坑是5万年前，一颗万年前，一颗直径约为直径约为3050米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约5

2、0万万千克、速度达到千克、速度达到20千米秒，爆炸力相当于千米秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约上产生了一个直径约1245米，平均深度达米，平均深度达180米的大坑。据说，坑米的大坑。据说，坑中可以安放下中可以安放下20个足球场，四周的看台则能容纳个足球场，四周的看台则能容纳200多万观众。多万观众。陨陨石石坑坑美美国国内内华华达达州州亚亚利利桑桑那那3（1 1）俄罗斯俄罗斯俄罗斯俄罗斯“和平号和平号和平号和平号”空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧

3、空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧空间站坠落时，为什么会燃烧？碎片燃烧时，温度可达时，温度可达时，温度可达时，温度可达30003000，其能量由什么能量转化而来，其能量由什么能量转化而来，其能量由什么能量转化而来，其能量由什么能量转化而来？（？（？（？（2 2）打桩机打桩机打桩机打桩机的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里的重锤从高处落下时，为什么能把水泥打进地里?（3 3）水力发电站）水力发电站）水力发电站）水力发电站为什么要修那么高的大坝？（为什么要修那么高的大坝？

4、（为什么要修那么高的大坝？（为什么要修那么高的大坝？（4 4）在你的头顶上方相同的高度）在你的头顶上方相同的高度）在你的头顶上方相同的高度）在你的头顶上方相同的高度,分别分别分别分别用细绳悬挂一个粉笔头和用细绳悬挂一个粉笔头和用细绳悬挂一个粉笔头和用细绳悬挂一个粉笔头和7.5Kg7.5Kg的铅球，你的感觉有何不同？的铅球，你的感觉有何不同？的铅球，你的感觉有何不同？的铅球，你的感觉有何不同？以上问题的根本原因都在于以上问题的根本原因都在于以上问题的根本原因都在于以上问题的根本原因都在于水电站“和平号和平号”空间站残片空间站残片 这是因为物体一旦处在一定高度时，就具有了一定的能量。而当它从所处的

5、的高处落下时，这些能量就会以做功的方式释放出来 在初中我们已经学过：物体由于在初中我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能被举高而具有的能量叫重力势能 那么重力势能的大小与什么有关，又如何定量表示呢?本节课我们就来学习这个问题 请同学们分别计算以下三种情况重力所做的功请同学们分别计算以下三种情况重力所做的功第一种情况第一种情况重力做的功重力做的功：WGmgh=mgh1mgh2第二种情况第二种情况重力做的功重力做的功：WG mglcos mgh mgh1mgh2第三种情况第三种情况重力做的功重力做的功：WGmgh1mgh2 mg(h1 h2 )mgh mgh1mgh2通过分析我们知道重

6、力做功的特点通过分析我们知道重力做功的特点 1、重力做功的特点是与运动的具体路径无关，、重力做功的特点是与运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关只与初末状态物体的高度差有关，不论光滑路径还，不论光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同 2、“mgh”是一个具有特殊意义的物理量。是一个具有特殊意义的物理量。这是因为这是因为mgh这个物理量的特殊意义在于它一这个物理量的特殊意义在于它一 方面与重力做功密切相关，另一方面它随高度的变方面与重力做功密切相关

7、，另一方面它随高度的变化而变化恰与势能的基本特征一致。化而变化恰与势能的基本特征一致。我们把物理量我们把物理量mghmgh叫做物体的重力势能叫做物体的重力势能 物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积度的乘积Ep=mgh说明：重力势能是标量说明：重力势能是标量 单位：焦耳，单位：焦耳，1J=1kgms-2m=1Nm 重力势能和重力做功的表达式非常相似，它们之间的关系是什么呢？WG=Ep1-Ep2 当物体受到的重力做正功时，物体重力势能减当物体受到的重力做正功时，物体重力势能减少；少；当物体克服重力做功时，物体重力势能增加，当物体克服重力做功时，物

8、体重力势能增加，所以说重力势能的变化量和重力做功之间的关系应所以说重力势能的变化量和重力做功之间的关系应该是互为相反数该是互为相反数 塔吊把一质量为塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为的物体，从距地面高为h1=10m的高度的高度匀速运到高为匀速运到高为h2=3m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速下降呢？何变化？若物体加速或减速下降呢？(g=10m/s-2)分析：重力做功为：分析：重力做功为：WG=mg(h1-h2)=14000J WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2=14000J重力势能减少了重力势能减少了140

9、00J请同学们完成重力做正功重力势能减少重力做正功重力势能减少 塔吊把一质量为塔吊把一质量为200kg的物体，从距地面高为的物体，从距地面高为h1=3m的高度匀的高度匀速运到高为速运到高为h2=10m的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如的地方，重力做了多少功？物体的重力势能如何变化？若物体加速或减速上升呢？何变化？若物体加速或减速上升呢？(g=10m/s-2)分析：重力做功为：分析：重力做功为：WG=mg(h1-h2)=14000J WG=Ep1-Ep2=mgh1-mgh2=14000J重力势能增加了重力势能增加了14000J请同学们完成重力做负功重力势能增加重力做负功重力势能增加 当然不

10、能，因为此时这个能量不能表示物体重力做功的实际情况当摩擦力对物体做功时，我们能不能定义有一个摩擦力势能存在呢?为什么?不行，摩擦力做功与路径有关。高度h是相对于谁的呢？重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫参面叫参考平面考平面 参考平面选取不同，重力势能的数值就不同可见，重力势能具有相对性选择哪个水平面作为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面作为参考平面选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同 重

11、力势能的正负表示大小重力势能的正负表示大小对选定的参考平面而言，上方物体对选定的参考平面而言，上方物体的高度是正值，重力势能也是正值；的高度是正值，重力势能也是正值；下方物体的高度是负值，重力势能下方物体的高度是负值，重力势能也是负值。重力势能为负，表示物也是负值。重力势能为负，表示物体在这个位置具有的重力势能比在体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能少。参考平面上具有的重力势能少。重力势能：3J 5J例题、如图，质量例题、如图，质量m=0.5kg的小球，从桌面上方高的小球，从桌面上方高h1=1.2m的的A点下点下落到地面上的落到地面上的B点，桌面离地面的高度点，桌面离地面的高

12、度h2=0.8m请按要求填写下表请按要求填写下表(g=10m/s)参考面小球在A处的重力势能小球在B处的重力势能整个过程中重力做功整个过程中重力势能的变化桌 面 地 面 h1h2AB总结：总结：选取不同的参考平面选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同。物体的重力势能的数值不同。对一个确定的过程，重力做功和重力势能变化与参考面对一个确定的过程，重力做功和重力势能变化与参考面的选择无关。的选择无关。6J-4J10J减少减少10J10J010J减少减少10J那么重力势能是谁具有的呢?重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物

13、体单独具有的。而不是地球上某一个物体单独具有的。不只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的如何理解重力势能是物体与地球这个如何理解重力势能是物体与地球这个“系系统统”所共有的所共有的 总结：物体重力势能与重力有关，而重力是地球与物体间的总结：物体重力势能与重力有关，而重力是地球与物体间的相互作用力，若离开了地球，就谈不上重力，所以，重力势相互作用力，若离开了地球，就谈不上重力，所以，重力势能是物体与地球所组成的能是物体与地球所组成的“系统系统”所共有的。所共有的。？小结小结1.1.物体运动时，重力

14、对它做的功只跟它的起点和物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。2.2.物体由于被举高而具有的能量叫重力势能物体由于被举高而具有的能量叫重力势能(1)(1)重力重力势能是能是标量，量，单位是焦耳（位是焦耳（J J）(2)(2)重力重力势能是相能是相对的的,重力重力势能的能的变化是化是绝对的的(3)(3)势能是系能是系统的共有的的共有的3.3.重力做正功重力做正功,重力势能减少；重力做负功重力势能减少；重力做负功,重重力势能增加。重力做功与重力势能的变化在数力势能增加。重力做功与重力势能的变化在数值上是相等的，即：值

15、上是相等的，即：W WG G=E=EP1P1-E-EP2P2即重力势能的变化唯一有重力做功引起体会“功是能量转化的量度”A.重力势能等于零的物体，一定不会对别的物体做功 B.放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零 C.在不同高度将某一物体抛出，落地时重力势能相等 D相对不同的参考平面，物体具有不同数值的重力势 能，但并不影响研究有关重力势能1 1、关于重力势能的几种理解，正确的是、关于重力势能的几种理解，正确的是 ()CD 2、关关于于重重力力做做功功和和物物体体的的重重力力势势能能，下下列列说说法法正确的是正确的是 ()()A A、当当重重力力对对物物体体做做正正功功时时，物物体体的的重重

16、力力势势能能一一定减少；定减少；B B、物物体体克克服服重重力力做做功功时时，物物体体的的重重力力势势能能一一定定增加；增加；C C、地地球球上上任任何何一一个个物物体体的的重重力力势势能能都都有有一一个个确确定值；定值；D D、重力做功的多少与参考平面的选取无关。重力做功的多少与参考平面的选取无关。ABD3：质量均匀分布实心铁球与实心木球质：质量均匀分布实心铁球与实心木球质量相等，将他们放在同一水平地面上，量相等，将他们放在同一水平地面上，下列结论正确的是（下列结论正确的是（）A、铁球的重力势能大于木球的、铁球的重力势能大于木球的B、铁球的重力势能等于木球的、铁球的重力势能等于木球的C、铁球

17、的重力势能小于木球的、铁球的重力势能小于木球的D、上述三种情况都有可能、上述三种情况都有可能C2011-5-7 4 4、物物体体在在运运动动过过程程中中，克克服服重重力力做做功功为为5050J J，则：则：()()A A、重力做功为重力做功为5050J J；B B、物体的重力势能一定增加了物体的重力势能一定增加了5050J J；C C、物体的重力势能一定减少物体的重力势能一定减少5050J J；D D、重力做了重力做了5050J J的负功。的负功。BD5 5、一人托一人托20N20N的物体先竖直向下移动的物体先竖直向下移动0.5m0.5m，接，接着水平移动着水平移动1m1m。这过程中，重力做功

18、为。这过程中，重力做功为 J J，物体的重力势能减少量为物体的重力势能减少量为 J J。10102011-5-76 6、在排球比赛中，某运动员用、在排球比赛中，某运动员用400N400N的力把质量的力把质量为为270g270g的排球从的排球从2.8m2.8m的高度扣向对方的场地的高度扣向对方的场地中，在球被扣到落地过程中，排球的重力势中，在球被扣到落地过程中，排球的重力势能变化了多少？（能变化了多少？（g g取取10m/s10m/s2 2）解：选地面为参考平面，则解：选地面为参考平面，则h h2.8m2.8m E EP Pmgmgh h0.270.2710102.8J2.8J7.56J7.56

19、J答：势能减少了答：势能减少了7.56J7.56J。研究重力势能问题的步骤：研究重力势能问题的步骤：研究重力势能问题的步骤：研究重力势能问题的步骤：1 1 1 1、选取研究对象；、选取研究对象；、选取研究对象；、选取研究对象；2 2 2 2、选择参考平面；、选择参考平面；、选择参考平面；、选择参考平面；3 3 3 3、确定物体初末位置相对参考平面的高度；、确定物体初末位置相对参考平面的高度；、确定物体初末位置相对参考平面的高度；、确定物体初末位置相对参考平面的高度；4 4 4 4、利用重力做功合重力势能改变的关系。、利用重力做功合重力势能改变的关系。、利用重力做功合重力势能改变的关系。、利用重

20、力做功合重力势能改变的关系。2011-5-7 7 7、图表示一个斜抛物体的运动，当物体由抛出、图表示一个斜抛物体的运动，当物体由抛出位置位置1 1运动到最高位置运动到最高位置2 2时，重力做功是多少？时，重力做功是多少？重力势能改变了多少？由位置重力势能改变了多少？由位置2 2运动到跟位置运动到跟位置1 1在同一水平面上的位置在同一水平面上的位置3 3时，重力做功和重力时，重力做功和重力势能的变化是多少？由位置势能的变化是多少？由位置1 1运动到位置运动到位置3 3呢？呢？2011-5-7探究实验探究实验请设计一个实验：研究在弹性限度内同一弹请设计一个实验：研究在弹性限度内同一弹簧伸长和被压缩相同的长度时，其所具有的簧伸长和被压缩相同的长度时，其所具有的弹性势能是否相等？弹性势能是否相等？